Come biocatalizzatori, gli enzimi possono rendere molti processi chimici “più ecologici” e aprire promettenti opportunità per vari settori, da quello farmaceutico alla tecnologia ambientale. Nuovi metodi analitici, l'enorme aumento dei volumi di dati e l'apprendimento automatico hanno contribuito a dare impulso allo sviluppo della biocatalisi.
Una pubblicazione sulla rivista Science , coordinato dal Prof. Dr. Uwe Bornscheuer dell'Università di Greifswald (DE) e dalla Prof. Dr. Rebecca Buller della ZHAW (CH), riassume gli sviluppi della biocatalisi.
Da decenni gli enzimi vengono utilizzati nella biocatalisi per produrre antibiotici semisintetici, vari elementi costitutivi di ingredienti farmaceutici attivi e sostanze chimiche di base come l'acrilammide per i polimeri.
La biocatalisi può rendere i processi chimici più efficienti, specifici e a risparmio energetico e, in un contesto di carenza energetica e cambiamento climatico, è un faro di speranza per lo sviluppo di una chimica più verde e di un'economia circolare completa.
Negli ultimi cinque anni sono stati compiuti progressi innovativi e pionieristici in questo campo:scoperte chiave sono state, ad esempio, lo sviluppo di nuovi strumenti bioinformatici come l’apprendimento automatico, che facilitano la progettazione personalizzata di biocatalizzatori, o la possibilità di equipaggiare enzimi con la capacità di effettuare nuove reazioni chimiche non conosciute in natura. È anche possibile sintetizzare molecole complesse come l'amido dal biossido di carbonio, un gas serra, combinando abilmente gli enzimi.
Gli enzimi naturali si adattano alla loro funzione metabolica attraverso l'evoluzione e devono quindi essere ottimizzati per applicazioni industriali utilizzando metodi di ingegneria proteica. Sebbene ciò sia stato fatto per quasi tre decenni, negli ultimi cinque anni sono stati sviluppati nuovi importanti metodi.
Non solo il numero di sequenze proteiche archiviate nei database pubblici è aumentato di 20 volte, ma ora è anche possibile generare automaticamente strutture proteiche affidabili e utilizzarle insieme a metodi di apprendimento automatico per adattare rapidamente i biocatalizzatori ai requisiti di un processo industriale.
Di conseguenza, ora è possibile utilizzare la biocatalisi per produrre molecole farmaceutiche altamente complesse come l’islatravir per il trattamento dell’AIDS o oligonucleotidi terapeutici. Il primo autore della Scienza In un articolo, la Prof. Dr. Rebecca Buller, rileva che l'uso degli enzimi sta diventando una realtà in un numero crescente di settori. "Il rapido sviluppo di metodi bioinformatici e biologici molecolari sta rendendo possibile la sintesi biocatalitica di prodotti sempre più complessi, anche insegnando agli enzimi trucchi del tutto nuovi."
Lo smaltimento dei rifiuti di plastica è un altro problema globale che può essere affrontato con l’aiuto della biocatalisi. Nel 2020, ad esempio, i metodi di ingegneria proteica hanno descritto un'esterasi altamente efficiente che ora può essere utilizzata per riciclare la plastica PET su scala industriale.
"I metodi all'avanguardia di ingegneria enzimatica riassunti nella nostra analisi dovrebbero quindi consentire di stabilire processi di riciclaggio efficienti per altre materie plastiche nel prossimo futuro", afferma il Prof. Dr. Uwe Bornscheuer.
L'articolo di revisione, scritto in collaborazione con un team internazionale di autori, riassume gli sviluppi più importanti della biocatalisi nell'ultimo decennio, che illustra con impressionanti esempi di applicazione. Azzarda anche uno sguardo al futuro di questo innovativo campo di ricerca.
Oltre alla combinazione di processi di catalisi chimica ed enzimatica, gli autori vedono anche campi di applicazione completamente nuovi per gli enzimi, ad esempio nella produzione di farmaci a base di RNA, nella terapia genica e in altri contributi innovativi alla conservazione delle risorse e alla protezione del clima.
Ulteriori informazioni: R. Buller et al, Dalla natura all'industria:sfruttare gli enzimi per la biocatalisi, Scienza (2023). DOI:10.1126/science.adh8615
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Universität Greifswald
